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Java并发编程,多线程并发处理方式

郑加威
 郑加威
发布于 2018/03/29 16:10
字数 2778
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synchronized关键字主要解决多线程共享数据同步问题。 

ThreadLocal使用场合主要解决多线程中数据因并发产生不一致问题。

ThreadLocal和Synchonized都用于解决多线程并发访问。

但是ThreadLocal与synchronized有本质的区别:
synchronized是利用锁的机制,使变量或代码块在某一时该只能被一个线程访问。而ThreadLocal为每一个线程都提供了变量的副本,使得每个线程在某一时间访问到的并不是同一个对象,这样就隔离了多个线程对数据的数据共享。而Synchronized却正好相反,它用于在多个线程间通信时能够获得数据共享。

Synchronized用于线程间的数据共享,而ThreadLocal则用于线程间的数据隔离。当然ThreadLocal并不能替代synchronized,它们处理不同的问题域。Synchronized用于实现同步机制,比ThreadLocal更加复杂。 

1、java中synchronized用法 

使用了synchronized关键字可以轻松地解决多线程共享数据同步问题。

synchronized关键字可以作为函数的修饰符,也可作为函数内的语句,也就是平时说的同步方法和同步语句块。如果再细的分类,synchronized可作用于instance变量、object reference(对象引用)、static函数和class literals(类名称字面常量)身上。  

       synchronized取得的锁都是对象;每个对象只有一个锁(lock)与之相关联;实现同步是要很大的系统开销作为代价的,甚至可能造成死锁,所以尽量避免无谓的同步控制。 

synchronized的4种用法 :

1.方法声明时使用,线程获得的是成员锁. 

2.对某一代码块使用,synchronized后跟括号,括号里是变量,线程获得的是成员锁. 

3.synchronized后面括号里是一对象,此时,线程获得的是对象锁. 

4.synchronized后面括号里是类,此时,线程获得的是对象锁.

2、java.lang.ThreadLocal()的用法  

概述 

ThreadLocal是什么呢?其实ThreadLocal并非是一个线程的本地实现版本,它并不是一个Thread,而是threadlocalvariable(线程局部变量)。也许把它命名为ThreadLocalVar更加合适。线程局部变量(ThreadLocal)其实的功用非常简单,就是为每一个使用该变量的线程都提供一个变量值的副本,是Java中一种较为特殊的线程绑定机制,是每一个线程都可以独立地改变自己的副本,而不会和其它线程的副本冲突。 

ThreadLocal是如何做到为每一个线程维护变量的副本的呢?其实实现的思路很简单,在ThreadLocal类中有一个Map,用于存储每一个线程的变量的副本。 

概括起来说,对于多线程资源共享的问题,同步机制采用了“以时间换空间”的方式,而ThreadLocal采用了“以空间换时间”的方式。前者仅提供一份变量,让不同的线程排队访问,而后者为每一个线程都提供了一份变量,因此可以同时访问而互不影响。

 

API说明 

ThreadLocal() 

创建一个线程本地变量。 

T get() 

返回此线程局部变量的当前线程副本中的值,如果这是线程第一次调用该方法,则创建并初始化此副本。 

protected T initialValue() 

返回此线程局部变量的当前线程的初始值。最多在每次访问线程来获得每个线程局部变量时调用此方法一次,即线程第一次使用 get() 方法访问变量的时候。如果线程先于 get 方法调用 set(T) 方法,则不会在线程中再调用 initialValue 方法。 

若该实现只返回 null;如果程序员希望将线程局部变量初始化为 null 以外的某个值,则必须为 ThreadLocal 创建子类,并重写此方法。通常,将使用匿名内部类。initialValue 的典型实现将调用一个适当的构造方法,并返回新构造的对象。 

void remove() 

移除此线程局部变量的值。这可能有助于减少线程局部变量的存储需求。如果再次访问此线程局部变量,那么在默认情况下它将拥有其 initialValue。 

void set(T value) 

将此线程局部变量的当前线程副本中的值设置为指定值。许多应用程序不需要这项功能,它们只依赖于 initialValue() 方法来设置线程局部变量的值。 

在程序中一般都重写initialValue方法,以给定一个特定的初始值。 

典型实例 

1、Hiberante的Session 工具类HibernateUtil

这个类是Hibernate官方文档中HibernateUtil类,用于session管理。

public class HibernateUtil {
    private static Log log = LogFactory.getLog(HibernateUtil.class);
    private static final SessionFactory sessionFactory;     //定义SessionFactory
 
    static {
        try {
            // 通过默认配置文件hibernate.cfg.xml创建SessionFactory
            sessionFactory = new Configuration().configure().buildSessionFactory();
        } catch (Throwable ex) {
            log.error("初始化SessionFactory失败!", ex);
            throw new ExceptionInInitializerError(ex);
        }
    }

    //创建线程局部变量session,用来保存Hibernate的Session
    public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal();
 
    /**
     * 获取当前线程中的Session
     * @return Session
     * @throws HibernateException
     */
    public static Session currentSession() throws HibernateException {
        Session s = (Session) session.get();
        // 如果Session还没有打开,则新开一个Session
        if (s == null) {
            s = sessionFactory.openSession();
            session.set(s);         //将新开的Session保存到线程局部变量中
        }
        return s;
    }
 
    public static void closeSession() throws HibernateException {
        //获取线程局部变量,并强制转换为Session类型
        Session s = (Session) session.get();
        session.set(null);
        if (s != null)
            s.close();
    }
}

在这个类中,由于没有重写ThreadLocal的initialValue()方法,则首次创建线程局部变量session其初始值为null,第一次调用currentSession()的时候,线程局部变量的get()方法也为null。因此,对session做了判断,如果为null,则新开一个Session,并保存到线程局部变量session中,这一步非常的关键,这也是“public static final ThreadLocal session = new ThreadLocal()”所创建对象session能强制转换为Hibernate Session对象的原因。

2、另外一个实例

创建一个Bean,通过不同的线程对象设置Bean属性,保证各个线程Bean对象的独立性。

/**
 * Created by IntelliJ IDEA.
 * User: leizhimin
 * Date: 2007-11-23
 * Time: 10:45:02
 * 学生
 */
public class Student {
    private int age = 0;   //年龄
 
    public int getAge() {
        return this.age;
    }
 
    public void setAge(int age) {
        this.age = age;
    }
}
/**
 * Created by IntelliJ IDEA.
 * User: leizhimin
 * Date: 2007-11-23
 * Time: 10:53:33
 * 多线程下测试程序
 */
public class ThreadLocalDemo implements Runnable {
    //创建线程局部变量studentLocal,在后面你会发现用来保存Student对象
    private final static ThreadLocal studentLocal = new ThreadLocal();
 
    public static void main(String[] agrs) {
        ThreadLocalDemo td = new ThreadLocalDemo();
        Thread t1 = new Thread(td, "a");
        Thread t2 = new Thread(td, "b");
        t1.start();
        t2.start();
    }
 
    public void run() {
        accessStudent();
    }
 
    /**
     * 示例业务方法,用来测试
     */
    public void accessStudent() {
        //获取当前线程的名字
        String currentThreadName = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println(currentThreadName + " is running!");
        //产生一个随机数并打印
        Random random = new Random();
        int age = random.nextInt(100);
        System.out.println("thread " + currentThreadName + " set age to:" + age);
        //获取一个Student对象,并将随机数年龄插入到对象属性中
        Student student = getStudent();
        student.setAge(age);
        System.out.println("thread " + currentThreadName + " first read age is:" + student.getAge());
        try {
            Thread.sleep(500);
        }
        catch (InterruptedException ex) {
            ex.printStackTrace();
        }
        System.out.println("thread " + currentThreadName + " second read age is:" + student.getAge());
    }
 
    protected Student getStudent() {
        //获取本地线程变量并强制转换为Student类型
        Student student = (Student) studentLocal.get();
        //线程首次执行此方法的时候,studentLocal.get()肯定为null
        if (student == null) {
            //创建一个Student对象,并保存到本地线程变量studentLocal中
            student = new Student();
            studentLocal.set(student);
        }
        return student;
    }
}

运行结果:

a is running! 
thread a set age to:76 
b is running! 
thread b set age to:27 
thread a first read age is:76 
thread b first read age is:27 
thread a second read age is:76 
thread b second read age is:27 

可以看到a、b两个线程age在不同时刻打印的值是完全相同的。这个程序通过妙用ThreadLocal,既实现多线程并发,游兼顾数据的安全性。

总结 

ThreadLocal使用场合主要解决多线程中数据因并发产生不一致问题。 

ThreadLocal为每个线程的中并发访问的数据提供一个副本,通过访问副本来运行业务,这样的结果是耗费了内存,大大减少了线程同步所带来性能消耗,也减少了线程并发控制的复杂度。 

ThreadLocal不能使用原子类型,只能使用Object类型。ThreadLocal的使用比synchronized要简单得多。

ThreadLocal使用的一般步骤 

1、在多线程的类(如ThreadDemo类)中,创建一个ThreadLocal对象threadXxx,用来保存线程间需要隔离处理的对象xxx。 

2、在ThreadDemo类中,创建一个获取要隔离访问的数据的方法getXxx(),在方法中判断,若ThreadLocal对象为null时候,应该new()一个隔离访问类型的对象,并强制转换为要应用的类型。 

3、在ThreadDemo类的run()方法中,通过getXxx()方法获取要操作的数据,这样可以保证每个线程对应一个数据对象,在任何时刻都操作的是这个对象。

我们知道Spring通过各种DAO模板类降低了开发者使用各种数据持久技术的难度。这些模板类都是线程安全的,也就是说,多个DAO可以复用同一个模板实例而不会发生冲突。

我们使用模板类访问底层数据,根据持久化技术的不同,模板类需要绑定数据连接或会话的资源。但这些资源本身是非线程安全的,也就是说它们不能在同一时刻被多个线程共享。

虽然模板类通过资源池获取数据连接或会话,但资源池本身解决的是数据连接或会话的缓存问题,并非数据连接或会话的线程安全问题。

按照传统经验,如果某个对象是非线程安全的,在多线程环境下,对对象的访问必须采用synchronized进行线程同步。但Spring的DAO模板类并未采用线程同步机制,因为线程同步限制了并发访问,会带来很大的性能损失。

此外,通过代码同步解决性能安全问题挑战性很大,可能会增强好几倍的实现难度。那模板类究竟仰丈何种魔法神功,可以在无需同步的情况下就化解线程安全的难题呢?答案就是ThreadLocal!

ThreadLocal在Spring中发挥着重要的作用,在管理request作用域的Bean、事务管理、任务调度、AOP等模块都出现了它们的身影,起着举足轻重的作用。要想了解Spring事务管理的底层技术,ThreadLocal是必须攻克的山头堡垒。

参考文档:

JDK 官方文档

[url]http://www.java3z.com/cwbwebhome/article/article2a/271.html?id=319[/url]

[url]http://www.java3z.com/cwbwebhome/article/article2/2952.html?id=1648[/url]

© 著作权归作者所有

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